李水旺新一期视频：


    要听清 100 英里外的信号都并非易事。那么，要制造出一个足够响亮、能在 10 万光年外被接收到的信标，需要具备哪些条件呢？我们在搜寻地外文明计划（SETI）中面临的一大难题是：基于地球外文明的存在假设来看，只要宇宙中真的存在可探测的文明信号，这项搜寻本应极易快速取得成功。


    世界上那些伟大的文明从来都不是秘密。我们至今尚未发现有哪个文明会刻意隐藏自身的存在 —— 我们或许会打趣说，若真有文明做到了隐匿，那想必是他们成功了，但他们也并非一群尝试隐匿却屡屡失败的家伙。而且你会认为，倘若有文明付出这般隐匿的努力，很多都会失败，并留下证明其意图和存在的证据；或是后来改变主意，选择公开自身存在。


    然而，实际情况是，我们观察到的地球文明的做法恰恰相反：它们非但不隐藏，反而主动宣扬、宣告自身的存在，还常常借助巨型霓虹灯牌和烽火这类方式。但在银河系尺度上，情况就不同了，因为我们无从知晓任何一个外星文明会有怎样的行为模式。我们也不清楚，他们是否有动机让自己的信号能在 1 万光年外被接收到。


    尤其是全向信号的传播规律是：要让信号在 10 倍远的距离被接收到，功率需提升 100 倍；要让信号在 1000 倍远的距离被接收到，功率则需提升 100 万倍。因此，你大概率会认为，一个文明发出的信号，要么是功率较低的本地信号，要么是功率极高、且更具方向性的信号。这也是对 “我们本该被外星信号淹没” 这一观点最常见的反驳理由。


    尽管如此，这种反驳建立在三个重要假设之上。首先，信号传输的普及程度仍较低，以至于我们并未处于能接收到这些信号的区域。毕竟，一个为在特定距离、通过普通小型天线高保真接收而设计的信号，在更远的距离上，或是通过大得多的接收器，也能以较低的保真度被捕捉到。


    普通人家屋顶上的卫星天线，与阿雷西博天文台曾有的 1000 英尺宽的射电望远镜天线、1600 吨级的天线，或是拉坦 600 那 1890 英尺宽的天线相比，差距悬殊。这些巨型天线的探测范围极广，或许能接收到遥远得多的信号。


    其次，即便远距离信号大概率是定向发射的，我们也不能假定所有信号都是如此 —— 关于这一点，我们稍后讲到信标时还会回来讨论。但我们也需注意，即便是定向波束（哪怕是激光），也会随着传播距离的增加而扩散，就像手电筒的光束，或是激光笔打出的光点一样。


    而且银河系中的所有天体都在运动。因此，一束射向数光年外另一颗行星的波束，抵达目标时的宽度很可能远大于那颗行星的直径，且每次发射的路径也不会完全相同。我们几乎必然会与一些原本定向、但现已扩散的波束相交。这一逻辑也适用于非电磁通信方式。


    尽管我们认为超光速（FTL）通信是不可能的，但即便事实果真如此，也很可能有许多信号仍以电磁波的形式传输 —— 尽管这确实会对星际电磁传输的可行性提出挑战。


    始终存在一个核心问题：为何外星文明没有遍布整个银河系？或许他们的信号无法在 1 万光年外被接收到，但在数百万甚至数十亿年的时间里，他们为何没有殖民我们与他们之间的每一颗恒星？他们很可能在人类出现之前就已存在。


    因此，我们不得不假定这些文明是无扩张性的，且对自身的信号传输有着严格的限制和管控 —— 但这并非出于隐匿的意图。


    因为正如我们在讨论费米悖论时常提到的：如果一个文明想要躲避可能伤害自己的对象，那意味着对方大概率是更古老、更强大的文明，且在这个试图隐匿的文明学会隐藏自身之前，就早已发现了它。


    所以，若无时间旅行技术，隐匿行为多半是徒劳的，还会耗费大量精力，或是错失诸多机遇。因此，我们认为没有文明会真的去尝试隐匿。既然人人都知道伦敦或纽约的存在，且隐匿的尝试注定失败，为何要花费数十亿美元去隐藏它们？这些资源本可以用在更有意义的事情上。


    我们此前也曾探讨过外星文明试图隐匿的可能性，以及这种做法为何行不通；同时也分析过，外星文明为何大概率不可避免地具有扩张倾向，且具备星际殖民的能力。我们想探讨截然相反的情况：那些部署旨在让全银河系都能接收到的信标的文明，以及他们这么做的原因，还有为何他们会选择易于被发现和接收的频率及通信方式。


    在简要讨论 “水洞” 和 21 厘米氢谱线之后，我们会介绍几种主要的信标类型，以及每种类型的存在（或缺失）所暗示的信息。这些信标类型大致包括：教学类信标、探讨银河法律 / 规则 / 条约的信标、充当星际或银河定位系统的信标、警示危险技术 / 隔离区 / 即将到来的灾难或入侵的信标，以及单纯作为领土标记的信标。


    在此之前，有一个值得探讨的问题：我们该期待这类传输信号使用何种频率或波长？这可以归结为四个问题。第一，是否有理由认为他们会选择宽频谱而非窄频谱？第二，哪种频率 / 波长最易于产生和传输？第三，哪种频率 / 波长最易于在并非空无一物、也并非绝对安静的太空中传输？第四，哪种频率 / 波长最易于接收，或是最有可能被选为接收目标？


    总的来说，我们尚无定论，但某些波长确实可能更易于产生。尤其是当你想要传输低带宽、但能在星系尺度外被探测到的信号时（比如通过操控恒星来传递信号），特定波长的优势会更加明显。同理，星际介质对不同信号的吸收程度不同，且不同波长也决定了接收天线的设计难度 —— 这些因素都会影响信号的选择。


    举例来说，如今我们使用半导体制造激光器，因为其效率要高得多。但这类激光束最初仅能产生较弱的红光，而后逐渐能产生绿光、黄光、蓝光，如今甚至能接近紫外线波段。每一次技术突破都更为困难，所需的技术复杂度和成本也不断攀升。


    值得注意的是，频率越高（波长越短），就越容易在给定距离上将波束聚焦到更小的区域。对于高斯激光束而言，其聚焦效果与波长呈线性关系。因此，若想将波束对准遥远的行星，波长减半的情况下，在相同装置下，波束的光斑直径会减半，面积则缩小至四分之一，且只需四分之一的能量就能被接收到。


    这就引出了 “水洞” 和 21 厘米氢谱线的概念。“水洞” 指的是 1.42 吉赫至 1.67 吉赫的频段（略高于我们 2.4 吉赫的 Wi-Fi 或微波炉的工作频率），处于氢原子自然发射谱线和羟基离子发射谱线之间。其中，1.42 吉赫对应的是 21 厘米波长的氢谱线，1.67 吉赫则对应 18 厘米波长。